JPS63134962A - Optical fiber electromagnetic field sensor - Google Patents
Optical fiber electromagnetic field sensorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
この発明は、電界あるいは磁界を検出するための電磁界
センサに係わり、詳しくは多数の測定点で同時に計測可
能な分布計測型の電磁界センサに関する。Detailed Description of the Invention "Industrial Application Field" The present invention relates to an electromagnetic field sensor for detecting an electric field or a magnetic field, and more specifically, a distributed measurement type electromagnetic field sensor that can measure simultaneously at a large number of measurement points. Regarding.
「従来の技術」
従来より、光フアイバ電界センサとしては、印加電圧の
大きさに依存して複屈折（屈折率に異方性が生じる）の
程度が変化するポッケルス効果やカー効果を利用したも
のが知られている。"Conventional technology" Conventionally, optical fiber electric field sensors utilize the Pockels effect and Kerr effect, in which the degree of birefringence (anisotropy in the refractive index) changes depending on the magnitude of the applied voltage. It has been known.
−４、光フアイバ磁界センサとしては、等方性物質中を
伝搬する光の偏波面が磁界によって回転するファラデイ
ー効果を利用したものや、光フアイバ中を通過する先の
位相が変化する磁歪効果を利用したしのが知られている
。-4. Optical fiber magnetic field sensors include those that utilize the Faraday effect, in which the plane of polarization of light propagating in an isotropic material is rotated by the magnetic field, and those that utilize the magnetostrictive effect, in which the phase of light that passes through the optical fiber changes. Shino is known to have used it.
「発明が解決しようとする問題点」
ところで、これらの電界センサあるいは磁界センサは、
通常一点測定型であり、よって多数の測定点で同時に電
界あるいは磁界のレベルの測定を行う分布計測などの際
には、多数の測定装置を設置する必要があることから費
用がかさむという欠点がある。また、電界あるいは磁界
センサとして、大きな測定可能長、さらには高い検出分
解能を備えたものが望まれているが、未だこれらの要望
を満足しうる性能を有したものの実用化が図られていな
い。"Problems to be solved by the invention" By the way, these electric field sensors or magnetic field sensors are
It is usually a single-point measurement type, and therefore has the disadvantage of increasing costs because it is necessary to install a large number of measurement devices when performing distribution measurements that measure the level of electric or magnetic fields at many measurement points simultaneously. . Further, there is a desire for an electric field or magnetic field sensor with a large measurable length and high detection resolution, but a device with performance that satisfies these demands has not yet been put into practical use.
「問題点を解決するための手段」
そこで、この発明の′ＦｒｉＦｒ上ンサでは、ファイバ
の外周部に電歪あるいは磁歪材料を配し、これら電歪あ
るいは磁歪材料の電磁界による変形を上記ファイバに作
用せしめるように構成することにより、上記ファイバ上
の複数点で電界あるいは磁界レベルの計測を可能とし、
かつ測定可能長および分解能の向上を図った。``Means for Solving the Problems'' Therefore, in the 'FriFr upper sensor of the present invention, an electrostrictive or magnetostrictive material is arranged on the outer periphery of the fiber, and deformation of the electrostrictive or magnetostrictive material by an electromagnetic field is caused to occur in the fiber. By configuring it to act, it is possible to measure the electric field or magnetic field level at multiple points on the fiber,
We also aimed to improve the measurable length and resolution.
第１図はこの発明の電磁界センサの第１の例を示すもの
で、図中符号ｌは電磁界センサである。FIG. 1 shows a first example of the electromagnetic field sensor of the present invention, and reference numeral 1 in the figure indicates the electromagnetic field sensor.
この電磁界センサｌは、コア２とクラッド３とからなる
光ファイバ裸線４上にプライマリ−コート５、およびジ
ャケッッティング６を順次被覆してなるものである。こ
こで、プライマリ−コート４は高分子材料中に電歪ある
いは磁歪材料の粉末を混入してなる乙のであり、高分子
材料としてはエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂
、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが用いられる。ま
た、電歪材料としてはＰ Ｚ Ｔ −、［３ａ ’ｌ
ｓ Ｏｓ 、水晶などの酸化物が、磁歪材料としてはニ
ッケル、さらには２Ｖ−パーメンダー、４０−パーマロ
イ、１１゜７アルテノール、■３．８アルテノール、４
．５Ｃｏ−９５，５Ｎｉなどの合金が好適に用いられる
。This electromagnetic field sensor 1 is constructed by sequentially coating a bare optical fiber 4 consisting of a core 2 and a cladding 3 with a primary coat 5 and a jacketing 6. Here, the primary coat 4 is made by mixing electrostrictive or magnetostrictive material powder into a polymer material, and the polymer material used is epoxy resin, epoxy acrylate resin, urethane resin, silicone resin, etc. . Moreover, as an electrostrictive material, P Z T −, [3a 'l
sOs, oxides such as crystal, nickel as magnetostrictive materials, 2V-permender, 40-permalloy, 11°7 artenol, ■3.8 artenol, 4
．． Alloys such as 5Co-95 and 5Ni are preferably used.
そして、これら電歪材料あるいは磁歪材料の粉末を混入
したプライマリ−コート４は、電界中あるいは磁界中に
てそのレベルに応じて変形し、これによりコア２および
クラッド３からなる光ファイバ裸線４に曲がりあるいは
部分的なマイクロベンディングを発生させ、よって光フ
ァイバの伝送損失を生じせしめる。The primary coat 4 mixed with powder of these electrostrictive materials or magnetostrictive materials is deformed in an electric field or a magnetic field depending on its level, thereby forming a bare optical fiber 4 consisting of a core 2 and a cladding 3. This causes bending or partial microbending, thereby causing transmission loss in the optical fiber.
第２図はこの発明の電磁界センサの第２の例を示すもの
で、図中符号７は電磁界センサである。FIG. 2 shows a second example of the electromagnetic field sensor of the present invention, and reference numeral 7 in the figure indicates the electromagnetic field sensor.
この電磁界センサ７は、コア８とクラッド９とからなる
光ファイバ裸線１０上にブライマリーコー）１１．電歪
あるいは磁歪材料層！２およびジャケッッティング１３
を順次被覆してなるものである。ここで、電歪あるいは
磁歪材料層１２における電歪材料としては、ＰＶＤＦ、
Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦ Ｚ） 、Ｐ（Ｖ Ｄ Ｃｙ／Ｖ
Ａｃ）などの合成樹脂あるいはＰＺＴ粉末をに混入した
ＰＶＤｒ’、ゴムなどが好適に用いられ、磁歪材料とし
ては上述の第１例と同様のものが用い・られる。また、
この電歪あるいは磁歪材料層！２も、上記の第１例にお
けるプライマリ−コート５と同様に、電界中あるいは磁
界中にてファイバに曲がりやマイクロベンディングを発
生させ、これにより光ファイバの伝送損失を生じせしめ
る。This electromagnetic field sensor 7 is constructed of a bare optical fiber 10 consisting of a core 8 and a cladding 9. Electrostrictive or magnetostrictive material layer! 2 and jacketing 13
It is made by sequentially coating. Here, as the electrostrictive material in the electrostrictive or magnetostrictive material layer 12, PVDF,
P(VDF/TrF Z), P(V D Cy/V
Synthetic resins such as Ac), PVDr' mixed with PZT powder, rubber, etc. are preferably used, and as the magnetostrictive material, the same materials as in the above-mentioned first example are used. Also,
This electrostrictive or magnetostrictive material layer! Similarly to the primary coat 5 in the above-described first example, the primary coat 2 also causes bending or microbending in the fiber in an electric or magnetic field, thereby causing transmission loss in the optical fiber.
第３図はこの発明の電磁界センサの第３の例を示すもの
で、図中符号１４は電磁界センサである。FIG. 3 shows a third example of the electromagnetic field sensor of the present invention, and reference numeral 14 in the figure indicates the electromagnetic field sensor.
この電磁界センサＩ４は、コア１５と、クラッド１６と
、プライマリ−コート１７とからなる光フアイバ素線１
８周上に、複数の電磁歪ワイヤー１９．１９・・・と、
ケブラーなどのテンションメンバ２０．２０・・・とを
撚り合わせ、さらにこの上にジャケラティング２１を被
覆してなるものである。ここで、電磁歪ワイヤーＩ９の
材料としては、第２例の電歪あるいは磁歪材料層１２に
用いたものと同様のものが好適に用いられる。This electromagnetic field sensor I4 consists of an optical fiber 1 consisting of a core 15, a cladding 16, and a primary coat 17.
A plurality of electromagnetic strain wires 19, 19... on the 8th circuit,
Tension members 20, 20, etc., made of Kevlar, etc. are twisted together, and the jacketing 21 is further coated on the tension members 20, 20, etc. Here, as the material for the electrostrictive wire I9, the same material as that used for the electrostrictive or magnetostrictive material layer 12 in the second example is preferably used.
第４図はこの発明の電磁界センサの第４の例を示す乙の
で、図中符号２２は電磁界センサである。FIG. 4 shows a fourth example of the electromagnetic field sensor of the present invention, and reference numeral 22 in the figure indicates the electromagnetic field sensor.
この７１！磁界センサ２２は、プライマリ−コート２３
を被覆した光フアイバ素線２４と、電磁歪ワイヤー２５
とが互いに撚り合わされてなるものである。そして、こ
の場合にも電磁歪ワイヤー２５の材料には、第２例の電
歪あるいは磁歪材料５１２に用いたものと同様のものが
好適に用いられる。This 71! The magnetic field sensor 22 has a primary coat 23
coated optical fiber wire 24 and electromagnetic strain wire 25
It is made by twisting each other together. Also in this case, the material for the electrostrictive wire 25 is preferably the same as that used for the electrostrictive or magnetostrictive material 512 in the second example.
さらに、上記７［ｉ磁界センザＩ、７．１４．２２の長
さおよびコア径等は、それぞれの要求仕様に合わせて適
宜決定される。Furthermore, the length, core diameter, etc. of 7 [i magnetic field sensor I, 7.14.22] are determined as appropriate according to the respective required specifications.
次に、これら電磁界センサを用いた電磁界レベルの測定
システムの一例を第５図を参照して説明する。Next, an example of an electromagnetic field level measurement system using these electromagnetic field sensors will be explained with reference to FIG.
第５図において符号３０は本発明の電磁界センサである
。この電磁界センサ３０の端部には、同センサ３０内に
入射した光の反射光の時間的な遅れを測定すると共に、
受光レベルの変化を測定して例えばマイクロベンディン
グなどの発生位置を検知する検知装置３１が接続されて
いる。この検知装Ｅ１３１は、パルス発生器３２と、該
パルス発生器３２によって駆動するＬＤ（レーザーダイ
オード）やＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子３３
と、該発光素子３３からの光パルスを電磁界センサ３０
に入射しかつこの電磁界センサ３０からの反射パルスを
受光する方向性結合器３４と、上記電磁界センナ３０か
らの反射パルスを方向性結合器３４を介して受光するＡ
ＰＤ（アバランシェフォトダイオード）等の受光素子３
５と、該受光素子３５で受光された反射パルスの時間的
な遅れを演算処理する演算部３６と、この処理結果を表
示する表示部３７とからなるものである。In FIG. 5, reference numeral 30 indicates an electromagnetic field sensor of the present invention. At the end of this electromagnetic field sensor 30, a time delay of the reflected light of the light incident on the sensor 30 is measured, and
A detection device 31 is connected that measures changes in the level of received light to detect the location of occurrence of microbending, for example. This detection device E131 includes a pulse generator 32 and a light emitting element 33 such as an LD (laser diode) or an LED (light emitting diode) driven by the pulse generator 32.
The light pulse from the light emitting element 33 is transmitted to the electromagnetic field sensor 30.
a directional coupler 34 that receives reflected pulses incident on the electromagnetic field sensor 30 and A that receives reflected pulses from the electromagnetic field sensor 30 via the directional coupler 34;
Light receiving element 3 such as PD (avalanche photodiode)
5, an arithmetic section 36 for arithmetic processing of the time delay of the reflected pulse received by the light receiving element 35, and a display section 37 for displaying the processing results.
次いで、上記構成からなる電磁界レベルの測定システム
による測定方法について説明する。Next, a measurement method using the electromagnetic field level measurement system having the above configuration will be explained.
まず、検知装置３１に電磁界センサ３０の一端部を接続
した後、この電磁界センサ３０を例えば送電線に沿って
取り付ける。すると、送電線の各部における電界レベル
に対応して電磁界センサ３０中に設けられた電歪材料が
変形し、これにより電磁界センサ３０中の光ファイバに
曲がりやマイクロベンディングが発生する。そして、こ
の光ファイバの曲がりあるいはマイクロベンディングな
どによる損失増を、検知装置３１により電磁界センサ３
０の入力端に戻る後方散乱光などの反射光パルスの時間
的遅れや受光レベルの変化に基づいて検知する。そして
、検知装置３１の演算部３７で反射光パルスの測定デー
タを解析して送電線各部におけろ電界レベルを求める。First, one end of the electromagnetic field sensor 30 is connected to the detection device 31, and then the electromagnetic field sensor 30 is attached, for example, along a power transmission line. Then, the electrostrictive material provided in the electromagnetic field sensor 30 is deformed in accordance with the electric field level at each part of the power transmission line, thereby causing bending or microbending in the optical fiber in the electromagnetic field sensor 30. The electromagnetic field sensor 3 detects the increase in loss due to bending or microbending of the optical fiber using the detection device 31.
Detection is performed based on the time delay of reflected light pulses such as backscattered light returning to the zero input terminal and changes in the received light level. Then, the calculation unit 37 of the detection device 31 analyzes the measurement data of the reflected light pulse to determine the electric field level at each part of the power transmission line.
「実施例」 以下、この発明を実施例によって具体的に説明する。"Example" Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples.
（実施例１ ）
第２図に示した第２の例に基づいて、コア径８０μｍ１
クラツド径１２５μｍのグレーデッド型ファイバ上に固
い紫外線硬化型エボキン樹脂をコード口て５μｍの厚さ
のプライマリ−コートを形成した。次いで、このプライ
マリ−コートの直上にＩ） Ｖ Ｄ Ｉ？ （ポリフッ
化ビニリデン）を４００μｍの厚さに押し出して電歪材
料層を形成した。さらに、その上にナイロンを０．９ｍ
ｍの厚さでルーズに押し出してジャケラティングを形成
し、電磁界センサとした。(Example 1) Based on the second example shown in Fig. 2, a core diameter of 80 μm1
A primary coat with a thickness of 5 .mu.m was formed on a graded fiber having a cladding diameter of 125 .mu.m using a hard ultraviolet curable Evokin resin. Then directly above this primary coat I) V D I? (Polyvinylidene fluoride) was extruded to a thickness of 400 μm to form an electrostrictive material layer. Furthermore, 0.9m of nylon was added on top of it.
A jacketing layer was formed by loosely extruding the material to a thickness of m to form an electromagnetic field sensor.
この電磁界センサＩＯｋｍを第５図に示した検出装置３
１に接続し１３発光部のパルス幅を２００ｎＳ１ピーク
パワーを５００ｍＷ に設定して以下の測定に供した。This electromagnetic field sensor IOkm is shown in the detection device 3 shown in FIG.
1, the pulse width of the light emitting section 13 was set to 200 nS, and the peak power was set to 500 mW for the following measurements.
」二足電磁界センサの２００ｍ毎にアース線を配し、こ
の電磁界センサの５ｋｍ地点に４０Ｖの電界を印加して
測定したところ、第６図に示すように反射光レベルの損
失が２ｄＢ 上昇し、他の部分との差に比較して電界を
検出することができた。”When measuring by placing a ground wire every 200m of the two-legged electromagnetic field sensor and applying a 40V electric field to the 5km point of this electromagnetic field sensor, the loss in the level of reflected light increased by 2dB as shown in Figure 6. However, we were able to detect the electric field compared to other parts.
（実施例２ ）
第３図に示した第３の例に基づいて、コア径１００μｍ
１クラツド径１２５μｍのファイバに紫外線硬化型エポ
キシアクリレート樹脂をコートして２０μｍの犀さのプ
ライマリ−コートを形成した。次いで、プライマリ−コ
ートの直上に外径１００μｍのＮｉワイヤーと外径１０
０μｍのケブラーとを６０ｍｍピッチで撚り合わせて配
し、さらにこの上にナイロンをジャケラティングして外
径１０００μｍの電磁界センサとした。(Example 2) Based on the third example shown in FIG. 3, the core diameter was 100 μm.
A fiber having a cladding diameter of 125 μm was coated with an ultraviolet curable epoxy acrylate resin to form a primary coat with a thickness of 20 μm. Next, a Ni wire with an outer diameter of 100 μm and a Ni wire with an outer diameter of 10 μm were placed directly above the primary coat.
Kevlar of 0 μm was twisted and arranged at a pitch of 60 mm, and nylon was further coated on top of this to make an electromagnetic field sensor with an outer diameter of 1000 μm.
この電磁界センサの一端を検出装置に接続した後、ＩＯ
３０ｅの磁界中に設置し、さらに該磁界の一部をｌＯ″
Ｏｅに増加した。そ′して、検出装置にて測定したとこ
ろ、第７図に示すように０．８ｄＢ／ｋｍの損失がほぼ
一定に認めらる中で、一部に２゜０ｄＩ３／ｋｍの損失
が認められ、よってこの部分に磁界増加部かあることが
特定されると共に、この磁界増加部の範囲が電磁界セン
ナの長さ方向に４００ｍであることが検出された。After connecting one end of this electromagnetic field sensor to the detection device, the IO
It is installed in a magnetic field of 30e, and a part of the magnetic field is
It increased to Oe. Then, when measured with a detection device, as shown in Figure 7, while the loss of 0.8 dB/km was observed to be almost constant, a loss of 2°0 dI3/km was observed in some areas. Therefore, it was determined that there was a magnetic field increasing part in this part, and it was also detected that the range of this magnetic field increasing part was 400 m in the length direction of the electromagnetic field sensor.
「発明の効果Ｊ
以上に説明したように、この発明のｆｆｔ＠界センザセ
ンファイバの外周部に電歪あるいは磁歪材料を配し、こ
れら電歪あるいは磁歪材料の７！ｉ磁界による変形を上
記ファイバに作用ｉｔ Ｌめろように構成したものであ
るから、上記ファイバ上の度数点で電界あるいは磁界レ
ベルの計測を行うことができ、かつ測定可能長および分
解能の性能を向上せしめて十分実用に供すことのできる
ものとすることができる。"Effects of the Invention J As explained above, an electrostrictive or magnetostrictive material is arranged on the outer periphery of the fft@field sensor fiber of the present invention, and the deformation of the electrostrictive or magnetostrictive material by the 7!i magnetic field is Since it is structured so that it acts on the fiber, it is possible to measure the electric field or magnetic field level at the frequency point on the fiber, and it improves the measurable length and resolution performance, making it suitable for practical use. It can be made into something that can be provided.
第１図ないし第４図はこの発明の電磁界センサの例を示
す図であって、第１図ないし第３図はそれぞれ第１例な
いし第３例を示す断面図、第４図は第４例を示す斜視図
、第５図はこの発明の電磁界センサを用いた電磁界レベ
ルの検出システムの一例を示す概略構成図、第６図およ
び第７図はそれぞれ実施例！および実施例２の電磁界セ
ンサによって得られた電界または磁界の変化と反射光レ
ベルとの関係を示すグラフである。
１．７、Ｉ４．２２．３０・・・・・・７ｔｆ磁界セン
ザ、４、ＩＩ・・・・・・光ファイバ裸線、Ｉ８．２４
、・・・・・・光フアイバ素線５・・・・・・プライマ
リ−コート、1 to 4 are diagrams showing examples of the electromagnetic field sensor of the present invention, FIGS. 1 to 3 are sectional views showing the first to third examples, respectively, and FIG. A perspective view showing an example, FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of an electromagnetic field level detection system using the electromagnetic field sensor of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are examples, respectively! 3 is a graph showing the relationship between the change in the electric field or magnetic field obtained by the electromagnetic field sensor of Example 2 and the level of reflected light. 1.7, I4.22.30...7tf magnetic field sensor, 4, II... Bare optical fiber, I8.24
,...Optical fiber wire 5...Primary coat,
Claims (1)
ら電歪あるいは磁歪材料の電磁界による変形を上記ファ
イバに作用せしめるように構成したことを特徴とする光
ファイバ電磁界センサ。An optical fiber electromagnetic field sensor characterized in that an electrostrictive or magnetostrictive material is disposed on the outer periphery of a fiber, and deformation of the electrostrictive or magnetostrictive material by an electromagnetic field is applied to the fiber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61281186A JPS63134962A (en) | 1986-11-26 | 1986-11-26 | Optical fiber electromagnetic field sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61281186A JPS63134962A (en) | 1986-11-26 | 1986-11-26 | Optical fiber electromagnetic field sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63134962A true JPS63134962A (en) | 1988-06-07 |
Family
ID=17635544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61281186A Pending JPS63134962A (en) | 1986-11-26 | 1986-11-26 | Optical fiber electromagnetic field sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63134962A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2558931A (en) * | 2017-01-20 | 2018-07-25 | Fibercore Ltd | Monitoring system |
-
1986
- 1986-11-26 JP JP61281186A patent/JPS63134962A/en active Pending
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